DE1124265B - Anordnung zum elektrischen Messen der relativen Luftfeuchtigkeit - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zum Messen der relativen Luftfeuchtigkeit die elektrische Leitfähigkeit von Lösungen hygroskopischer Salze, z. B. von Lithiumchlorid, heranzuziehen.

Im Prinzip wird bei solchen Feuchtigkeitsmessern die Salzlösung in dünner Schicht zwischen zwei metallische Elektroden gelegt. Die Hauptschwierigkeit dabei ist, die Salzlösung dauernd in gleicher Lage zwischen den Elektroden zu halten, d. h. ein Fließen der Salzlösung zu verhindern, ansonst unerwünschte Widerstandsveränderungen auftreten. Zur Erreichung des gesetzten Zieles ist es bekannt, die Salzlösung mit Gelatine oder Kunstharzen (z. B. Polyvinylalkohol) zu vermischen und dadurch zu verdicken. Der Nachteil dabei ist aber, daß sich der elektrische Widerstand solcher Schichten bis zu fünf Zehnerpotenzen oder mehr ändert, wenn die relative Luftfeuchtigkeit um etwa 80% verändert wird. Dadurch werden umschaltbare Meßgeräte mit mehreren Meßbereichen oder aber mehrere Meßsonden mit verschiedenen Leitfähigkeiten nötig.

Eine bedeutend günstigere Widerstands-Feuchtigkeits-Charakteristik haben Hygrometer, deren Salzlösung keine oder nur sehr geringe Mengen an verdickenden Zusätzen besitzt. Hier ändert sich die Leitfähigkeit um rund zwei Zehnerpotenzen bei einer Feuchtigkeitsveränderung der Luft um 80% relative Feuchte. Bei derartigen Hygrometern läßt sich ein Fließen der Salzlösung verhindern, indem man mit derselben ein Fasermaterial imprägniert oder wenn man die Salzlösung mit einem indifferenten, unlöslichen Füllpulver, z. B. Quarzmehl, Bariumsulfat usw.^ vermengt, um eine Verdickung zu erreichen.

Leider lassen auch solche Verfahren noch Wünsche offen, indem beispielsweise bei einer Mischung aus Lithiumchloridlösung und Quarzpulver die Leitfähigkeit auch durch Luftbläschen beeinflußt wird, welche bei tiefen Luftfeuchtigkeiten in die Mischung eingesogen werden können. Das kann zu mehr oder weniger starken Nachwirkungen und Hysteresen führen.

Zweck der Erfindung ist, unter Vermeidung der genannten Nachteile die Salzlösung dauernd in gleicher Lage zwischen den beiden Elektroden festzuhalten.

Die Erfindung betrifft eine zum elektrischen Messen der relativen Luftfeuchtigkeit dienende Anordnung mit zwei metallischen Elektroden, welche auf einem Träger aus Isoliermaterial aufgebracht und durch eine hygroskopische Salzlösung miteinander elektisch leitend verbunden sind.

Von den bekannten Anordnungen dieser Art

Anordnung zum elektrischen Messen
der relativen Luftfeuchtigkeit

Anmelder:
Sina A. G., Zürich (Schweiz)

Vertreter:
Dipl.-Ing. R. Müller-Börner, Berlin-Dahlem,

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey,
München 22, Widenmayerstr. 49, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Juni 1959 (Nr. 818 589)

Max Müller, Langnau am Albis (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

unterscheidet sich diejenige gemäß der Erfindung dadurch, daß auf dem Isolierträger ein aus Isoliermaterial bestehendes, die beiden Elektroden miteinander verbindendes Stäbchen derart angeordnet ist, daß sich zwischen dem Träger und dem Stäbchen ein annähernd keilförmiger Raum bildet, in welchem die Salzlösung untergebracht und durch Kapillarwirkung festgehalten ist.

Die Anordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch sehr hohe zeitliche Konstanz ihrer Eichung und sehr gute Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse aus. Sie ist frei von Nachwirkung und Hysteresis.

Auch lassen sich solche Hygrometer bei Serienfabrikation leicht mit stets der gleichen Widerstands-Feuchtigkeits-Charakteristik herstellen. Außerdem benötigen sie nur verschwindend kleine Wassermengen (0,02 bis 0,1 mg) zum Ansprechen, falschen also auch bei sehr kleinen Luftvolumina die relative Feuchtigkeit der Luft kaum, was neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 die Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Hygrometers,

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Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie" JI-II in Fig. 1, Elektroden 12 und 13, welche sich auf dem Isolierwobei zur Erhöhung der Klarheit das Stäbchen träger 21 befinden. Auch hier sind die seitlichen übertrieben stark vergrößert dargestellt ist, Räume, die beiderseits der Berührungslinie zwischen Fig. 3 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1, dem Stäbchen 24 und dem Träger 21 verlaufen, mit Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Ansicht, 5 einer hygroskopischen Salzlösung gefüllt. Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Bei der in Fig. 4 und 5 veranschaulichten Aus-Fig. 4, führungsform ist an Stelle eines ebenen Isolierträgers Fig. 6 einen Querschnitt durch eine für praktische 11 ein zylindrischer Stab 31 aus Isoliermaterial vor-Raumluftfeuchtigkeitsmessungen brauchbare Anord- handen. Der Stab 31 trägt zwei Elektroden 12 und 13, nung, welche außer einem Hygrometerelement ein io die durch ein Stäbchen 14 aus Isolierstoff mitein-Staubfilter sowie einen temperaturkompensierenden ander verbunden sind, wobei sich auch hier eine Referenzwiderstand auiweist, hygroskopische Salzlösung 17 in den keilförmigen Fig. 7 eine Ansicht der Anordnung gemäß Fig. 6 ' Kapillarräumen beiderseits der Berührungslinie zwivon vorn, wobei der Deckel abgenommen und das sehen dem Stäbchen 14 und dem Stab 31 befindet. Staubfilter entfernt ist, und i₅ Wenn die Stäbchen nicht zu dick gewählt werden, Fig. 8 die Anordnung von der Seite zusammen so haften sie infolge der Adhäsion des Elektrolyten mit dem elektrischen Schaltungsschema einer Meß- ohne weitere Befestigung so fest an ihrer Unterlage, brücke. daß sie durch die beim Gebrauch der Anordnung Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sind auftretenden Erschütterungen, ja selbst beim Fallenauf einem Isolierträger 11 aus Quarz, Glas, Kunst- 20 lassen, nicht aus ihrer Stellung verschoben werden, stoff oder einem anderen Isoliermaterial durch Auf- Um die hygroskopische Salzlösung vor Staubabdampfung im Hochvakuum oder mittels einer ande- lagerung zu schützen, welche die Funktionsfahigkeit ren Methode zwei Elektroden 12 und 13 aus Edel- des Hygrometers beeinträchtigen könnten, kann in metall, vorzugsweise Platin oder Gold, aufgebracht. bekannter Weise ein Staubfilter vorgeschaltet werden. Quer über die beiden Elektroden 12 und 13 liegt ein 25 Es wurde gefunden, daß sich hierzu in ganz beson-Stäbchen 14 aus Quarz, Glas j Kunststoff oder einem derem Maße Kolloidfilterschichten auf einem Drahtanderen Isolierstoff. Das Stäbchen 14 hat Kreis- netzträger eignen.

querschnitt und einen Durchmesser von 0,03 bis Solche Filter sind selbst gegen Aerosole dicht, da-0,30 mm, vorzugsweise 0,08 bis 0,20 mm. Das Stab- gegen lassen sie Luft und Wasserdampf ausreichend chen 14 bildet zusammen mit dem Isolierträger 11 30 durch. Im Gegensatz zu Folien aus »Cellophan« (Wz.), zwei keilförmige Räume 15 und 16, die sich beider- Polyvinylalkohol usw., welche ebenfalls staubdicht seits der Berührungslinie zwischen dem Stäbchen 14 und gut wasserdampfdurchlässig sind, speichern die und dem Träger 11 befinden und mit einer Salz- beschriebenen Kolloidfilter fast keine Feuchtigkeit, lösung 17 angefüllt sind, durch welche die leitende was für gewisse Anwendungszwecke der Hygrometer Verbindung zwischen den beiden Elektroden 12 und 35 wichtig sein kann. Auf die Ausbildung des Filters 13 hergestellt ist. Das Füllen der Räume 15 und 16 wird kein selbständiger Schutz erhoben, seitlich des Stäbchens 14 kann dadurch erfolgen, daß Für die Feuchtigkeitsmessung mit dem beschrieman das eine Ende des Stäbchens mit einem äußerst benen Hygrometer wird mit Hilfe eines passenden feinen, spitzen Haarpinselchen, welches in die Salz- Widerstandsmeßgerätes in bekannter Weise der eleklösung getaucht worden war, berührt. Hierbei saugt 4° trische Widerstand zwischen den beiden Elektroden sich die Salzlösung sofort an dem Stäbchen entlang gemessen. Verwendet man eine Brückenschaltung, so bis ans andere Ende desselben. Bei der Feinheit des kann man in den Referenzzweig der Brücke in bebenutzten Stäbchens 14 nimmt man diese Operation kannter Weise einen passenden temperaturabhängigen zweckmäßigerweise unter dem Mikroskop bei schwa- Widerstand schalten, welcher den Einfluß der Temcher Vergrößerung vor. 45 peratur auf die Leitfähigkeit der hygroskopischen Als hygroskopische Salzlösung dient bevorzugt Salzlösung weitgehend kompensiert. Als temperatureine Lithiumchlorid- oder Lithiumbromidlösung, abhängiger Widerstand wird dabei mit Vorteil eine und zwar entweder rein oder — zur Erhöhung der zweite hygroskopische Salzlösung verwendet, welche Steilheit der Widerstands-Feuchtigkeits-Charakte- dem Material der ersten entspricht und sich in einer ristik—mit einem geringen Zusatz eines Verdickungs- 5<> Atmosphäre konstanter Feuchtigkeit befindet. Die mittels, z. B. Polyvinylalkohol. Bewährt hat sich als Meßsonde dienende erste Salzlösung und die als eine Lösung von 10 g Lithiumchlorid und 1 g Poly- Referenzwiderstand dienende zweite Salzlösung vinylalkohol in 100 g Wasser. Im Anschluß an das können mit Vorteil auf dem gleichen Isolierträger 11 Füllen der beiden Räume seitlich des Stäbchens 14 oder 31 angebracht sein.

ist es zweckmäßig, das Hygrometer künstlich zu 55 Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit,

altern. Hierzu wird es während mehrer Stunden bei als Referenzwiderstand eine passende Halbleiter-

120° C abwechselnd 90 und 20% relativer Luft- schicht zu verwenden, welche ebenfalls direkt auf

feuchtigkeit ausgesetzt. dem Isolierträger der Feuchtigkeitsmeßsonde aufge-

In Fig. 1 ist schematisch noch ein an die Elek- bracht sein kann.

troden 12 und 13 angeschlossener Stromkreis mit 60 Das Hygrometer weist ein metallisches Gehäuse 41

einer Stromquelle 18 und einem Anzeigeinstrument 19 auf, auf dem ein gelochter Deckel 42 aufgeschraubt

angedeutet, mit dessen Hilfe der elektrische Wider- ist.

stand der hygroskopischen Salzlösung 17 gemessen Ein plattenförmiger Träger 11 aus einem Isolierwerden kann. material, z. B. Quarz, Glas oder Kunststoff, wird Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist an Stelle 65 durch den Deckel 42 unter Zwischenschaltung von des geraden Stäbchens ein U-förmig gebogenes zwei Dichtungsringen 45 und 46 gegen einen Dich-Stäbchen24 aus Quarz, Glas oder Kunststoff vor- tungsring44 gepreßt, welcher auf der Vorderseite handen. Das Stäbchen 24 verbindet wieder zwei des Gehäuses 41 liegt. Dadurch wird im Gehäuse 41

ein hermetisch abgeschlossener Raum 47 gebildet. Die Dichtungsringe 44, 45 und 46 bestehen aus einem elektrisch gut isolierenden, elastisch nachgiebigen Material, z. B. Polyäthylen. Im geschlossenen Raum 47 sind eine Anzahl Scheibchen 48 aus saugfähigem Glasfasergewebe untergebracht, welche durch einen Federring 49 in ihrer Lage im Gehäuse 41 fixiert sind. Ein Staubfilter 50 ist dem Isolierträger 11 vorgelagert und zwischen den Dichtungsringen 45 und 46 festgeklemmt. Das Staubfilter 50 besteht aus einem feinen Drahtnetz, welches in eine Lösung von Polymethacrylsäuremethylester in Eisessig getaucht worden ist, worauf das Kunstharz durch Eintauchen des Netzes in Wasser zwischen den Maschen zur Koagulation gebracht wurde. Nach ausreichender Wässerung wurde das Netz getrocknet.

Der Isolierträger 11 trägt den feuchtigkeitsempfindlichen Teil der Anordnung, und zwar ist sowohl auf seiner Vorder- als auch auf seiner Rückseite eine gleiche feuchtigkeitsempfindliche Einheit aufgebracht.

Die eine feuchtigkeitsempfindliche Einheit auf der Vorderseite 11a des Isolierträgers 11, welche dem gelochten Deckel 42 zugewendet ist, hat die Funktion, die Feuchtigkeit der Luft zu messen, welche von außen durch die Löcher des Deckels 42 und dann durch das Staubfilter 50 hindurchtritt. Im folgenden wird diese feuchtigkeitsempfindliche Einheit als Meßeinheit bezeichnet. Die andere feuchtigkeitsempfindliche Einheit auf der Rückseite Ub des Trägers 11, welche an den hermetisch geschlossenen Raum 47 angrenzt, hat die Aufgabe, in einer Brückenschaltung als temperaturabhängiger Referenzwiderstand bei der Widerstandsmessung der Meßeinheit zu dienen; sie wird daher im folgenden als Referenzeinheit bezeichnet.

Sowohl die Meßeinheit als auch die Referenzeinheit des Trägers 11 bestehen aus je zwei aufgedampften Edelmetallelektroden 12a und 13a bzw. 12b und 13b. Quer über diese Elektroden liegt sowohl bei der Meß- als auch bei der Referenzeinheit je ein dünnes Stäbchen 14a bzw. 146 aus einem Isoliermaterial, z. B. Quarz, Glas oder Kunststoff. In die beiderseits der Führungslinien zwischen den Stäbchen und dem Träger 11 verlaufenden keilförmigen Räume ist eine hygroskopische Salzlösung kapillar eingesogen. Als Salzlösung eignet sich z. B. eine Lösung von 10 g Lithiumchlorid und 1 g Polyvinylalkohol in 100 ml Wasser.

Zur Stromzufuhr zu den Elektroden 12a und 13a sowie 12b und 13b sind zwischen dem Isolierträger 11 und den Dichtungsringen 44 und 45 vier Drähte 54, 55, 56, 57 eingeklemmt. Die Drähte sind an Steckerstifte 58, 59 und 60 geführt, wobei je eine Elektrode 12a und 126 der Meß- und der Referenzeinheit am gleichen Steckerstift 58 angeschlossen ist, während die anderen beiden Elektroden 13a und 13b je mit einem eigenen Steckerstift 59 bzw. 60 verbunden sind. Die Steckerstifte 58, 59, 60 sind mit Gießharz elektrisch isoliert in Bohrungen 61,62,63 des Gehäuses 41 eingekittet. An den Steckerstiften 58, 59, 60 kann gemaß Fig. 8 mittels einer Steckermuffe 64 eine Widerstandsmeßbrücke angeschlossen werden. Diese weist ein Potentiometer 65 mit einem Abgriff 66 auf und ist über die Anschlüsse 67 und 68 mit einer nicht gezeichneten Wechselspannungsquelle verbunden. Ein Meßinstrument 69 zeigt die Abgleichung der Brücke an. Dem Meßinstrument 69 kann ein nicht gezeichneter elektronischer Verstärker vorgeschaltet sein.

Die Glasgewebescheiben 48 im hermetisch geschlossenen Raum 47 des Gehäuses 41 werden mit einer hygroskopischen Salzlösung, z. B. Lithiumchloridlösung, getränkt und gewährleisten eine konstante Luftfeuchtigkeit im Raum 47. Durch geeignete Wahl der Konzentration der Lithiumchloridlösung wird die Luftfeuchtigkeit im Raum 47 derart eingestellt, daß bei einer mittleren Außenluftfeuchtigkeit (z. B. 50%), welche auf die Meßeinheit auf der Vorderseite lla des Isolierträgers 11 einwirkt, der elektrische Widerstand der Referenzeinheit gleich demjenigen der Meßeinheit wird. Für diese Außenluftfeuchtigkeit (50%) ist somit die Meßbrücke dann im Gleichgewicht, wenn der Abgriff 66 genau in der Mitte des Potentiometers 65 steht. Dieses Potentiometer kann daher mit einer Skala versehen werden, die direkt in Prozenten relativer Luftfeuchtigkeit geeicht ist.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zum elektrischen Messen der relativen Luftfeuchtigkeit mit zwei auf einem Träger aus Isoliermaterial aufgebrachten, durch eine hygroskopische Salzlösung miteinander elektrisch leitend verbundenen metallischen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Isolierträger (11, 31) ein aus Isoliermaterial bestehendes, die beiden Elektroden (12 und 13 bzw. 22 und 23 bzw. 32 und 33) miteinander verbindendes Stäbchen (14, 24) derart angeordnet ist, daß sich zwischen dem Träger und dem Stäbchen ein annähernd keilförmiger Raum (15,16) bildet, in welchem die Salzlösung (17) untergebracht und durch Kapillarwirkung festgehalten ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die dem Träger (11, 31) zugekehrte Fläche des Stäbchens (14, 24) konvex ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Stäbchens (14) ein Kreis ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis einen Durchmesser zwischen 0,03 und 0,3 mm hat.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis einen Durchmesser zwischen 0,08 und 0,2 mm hat.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen (13) geradlinig ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stäbchen (24) U-förmig gebogen ist.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierträger (11) eine ebene Platte ist.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierträger (31) ein zylindrischer Stab ist.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierträger (11, 31) in bekannter Weise aus Quarz, Glas oder Kunststoff besteht.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12 und 13 bzw. 32 und 33) in bekannter Weise aus einem Edelmetall bestehen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall Gold ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall Platin ist.

14. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile in bekannter Weise hinter einem Staubfilter (50) angeordnet sind, das aus einem feinen Drahtnetz besteht, dessen Maschen mit einer Kolloidfiltermasse gefüllt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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